Три биогеохимических принципа Вернадского

1. Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Этот принцип в наши дни нарушен человеком.

2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Это приводит к измельчению средних размеров особей.

3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией солнца.

Выводы Вернадского

1. Каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи с другими организмами и неживой природой.

2. Жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете.

Выделяют большой, или геологический круговорот, связанный с циркуляцией веществ между почвой, растениями, микроорганизмами и животными. Биологический круговорот связан с углеродом, кислородом, фосфором, азотом, серой, кальцием, железом и рядом других элементов.

Кислород входит в состав атмосферы (О₂, СО₂), воды (Н₂О), литосферы (Fe₂О₃, СаСО₃ и т. д.). Запас кислорода составляет около 21 % от веса атмосферы. Каждый четвертый атом живого вещества является атомом кислорода. Весь кислород оборачивается через живые организмы за 2000 лет, а углекислый газ - за 200-300 лет. Более 90 % имеющейся на земном шаре воды связано в горных породах, образующих земную кору.

Вода, содержащаяся в виде пара, в любой момент соответствует в среднем слою 2.5 см, равномерно распределенному по поверхности Земли. За год атмосферный фонд воды ежегодно совершает круговорот 25 раз.

Весь ассимилированный в процессе фотосинтеза углерод включается в углеводы, а в процессе дыхания весь углерод, содержащийся в органических соединениях, превращается в двуокись углерода. Содержание углерода в растениях в 200 раз больше, чем в земной коре.

Круговорот азота через экосистемы отличается рядом особенностей:

• большинство организмов не могут ассимилировать азот из огромного фонда воздуха, содержащего 78 % азота (кроме некоторых бактерий и водорослей);

• азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот, регулирующих функции биологических систем;

• биологическое разложение азотсодержащих органических соединений до неорганических форм слагается из нескольких стадий, некоторые из них могут осуществляться только специальными бактериями;

• большая часть биохимических превращений, участвующих в разложении азотсодержащих соединений, происходит в почве, где доступность азота растениям облегчается растворимостью его неорганических соединений.

У животных азот выводится в виде аммиака (NH₃) или мочевины CO(NH₂)₂. Фиксация азота осуществляется свободноживущими бактериями (цианобактерии, азотобактерии, фотосинтезирующие бактерии) или симбиотическими в сообществе с высшими растениями (род ризобиум, развивающийся в клубеньках на корнях преимущественно бобовых растений).

Основные запасы фосфора содержат горные породы, из которых он поступает в экосистемы. Фосфор – один из важнейших элементов, лимитирующих рост растений. Этот элемент неравномерно распределен по территории Земли. В атмосферу фосфор поступает только в виде пыли, круговорот фосфора в экосистеме осуществляется в почве и в воде. Фосфор наиболее доступен в узком диапазоне кислотности - в слабокислой среде. В сельском хозяйстве сильно кислые почвы нейтрализуют, добавляя известь (известкование почвы) для повышения доступности фосфора почвы для растений вследствие снижения концентрации ионов водорода.

В соответствии с геологическими представлениями, человек существует очень короткое время (всего 0.0001 % от продолжительности существования биосферы). Однако за этот короткий промежуток времени круговорот веществ в биосфере радикально изменился. На сегодня человек является наиболее важным геологическим фактором. Сейчас используется около 90 химических элементов, которые существуют в земной коре, кроме того, получены еще и такие, которых в природе не существовало (например, плутоний, технеций и другие).

Человек небывало ускорил круговорот некоторых веществ. Залежи железа, меди, цинка, свинца и многих других элементов, которые природа накапливала на протяжении миллионов лет, быстро исчерпываются. Кое-где, наоборот, наблюдается концентрация элементов в таких пропорциях, которых не было в природе (например, на больших заводах, где сконцентрированы железо, медь, алюминий, органические вещества и другие).

Все это способствует увеличению неуравновешенности биосферы. Человек не только ускоряет биологический круговорот, но и задействует те элементы, которые были из него давно вытеснены.